Ti2AlNb基合金多向等温锻造组织与力学性能研究

摘要

Ti2AlNb基合金具有优异的高温力学性能,是极具竞争力的轻质高温结构材料,有望替代现役高密度镍基高温合金应用于制备航空发动机涡轮盘、压缩机等要求高断裂韧性和高强度的零部件。然而,铸态及热等静压态合金显微组织粗大,室温强度及塑性较低、高温变形困难等因素一直制约着Ti2AlNb基合金的发展。
　　本文采用水冷铜坩埚真空感应熔炼及真空自耗电弧熔炼法制备Ti-22Al-23(Nb,Mo,V,Si)合金铸锭,并对其进行热等静压处理;基于热压缩模拟实验结果,采用多向等温锻造工艺细化合金显微组织、提高合金热加工性能,结合包套轧制技术制备细晶板材。本文重点研究了Ti-22Al-23(Nb,Mo,V,Si)合金的高温变形机制、热加工过程中组织的演变规律及力学性能变化。
　　热等静压态Ti-22Al-23(Nb,Mo,V,Si)合金显微组织粗大,其B2相晶粒尺寸为2-4mm,B2相基体上分布着α2相及O相板条,950℃、1×10-3s-1变形变形条件下,延伸率为53.7％,高温热加工性能差。经三步等温锻造后,合金显微组织细化效果显著,850℃、8×10-4s-1变形条件下具有最优延伸率(651.6%),可见,具有优异的低温超塑性变形能力;三步等温锻造合金850℃应变速率敏感指数为0.39,750-900℃温度范围内变形激活能为295kJ/mol,合金低温超塑性变形机制为伴随位错蠕变的晶界滑移。三步等温锻造合金室温力学性能优异,室温屈服及抗拉强度分别为1233MPa和1234MPa,延伸率为3.8%。
　　本文采用Mo、Fe、V等强β相稳定元素替代部分Nb元素,开发了名义成分为Ti-22Al-14(Nb,Mo,Fe,V,Si)的Ti-Al-Nb三元系合金,随后采用多向等温锻造及包套轧制技术制备了尺寸为1410×677×2.7mm3的细晶板材,轧态合金950℃、1×10-3s-1条件下变形时,延伸率可达908%,具有优异的超塑性变形能力;轧态合金经1000℃/1h/WQ+650℃/1h/WQ热处理强化后,650℃的屈服强度从536MPa提高至768MPa,延伸率为13.5%,高温综合性能良好。

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第1章 绪 论

1.1选题意义

1.2 Ti2AlNb基合金研究现状

1.3 Ti2AlNb基合金的基本性质

1.4钛合金晶粒细化研究进展

1.5 研究内容及实验方案

第2章 分析测试方法

2.1 实验方法

2.2 显微组织分析

2.3 力学性能测试

第3章 Ti-22Al-23(Nb,Mo,V,Si)合金高温压缩变形行为

3.1 引言

3.2 高温压缩变形真应力-真应变曲线

3.3 合金热加工图

3.4 高温变形组织分析

3.5 本章小结

第4章 Ti-22Al-23(Nb,Mo,V,Si)合金多向等温锻造组织与力学性能

4.1 前言

4.2 合金制备及多向等温锻造工艺

4.3 合金多向等温锻造过程显微组织演变

4.4 多向等温锻造合金力学性能

4.5 锻态合金低温超塑性研究

4.6 本章小结

第5章 Ti-22Al-14(Nb,Mo,Fe,V,Si)合金组织与力学性能

5.1 前言

5.2 锻态合金组织与力学性能

5.3 轧态合金显微组织与力学性能

5.4 热处理对轧态合金组织与力学性能的影响

5.5 本章小结

结 论

参考文献

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致谢